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环境胁迫

  环境胁迫

环境胁迫案例展示

案例分析一 (团队成员发表)

微生物的定植对肠道早期免疫和代谢相关基因DNA甲基化的影响

Early microbial colonization affects DNA methylation of genes related to intestinal immunity and metabolism in preterm pigs. DNA Res. 2018 Jan 19.(IF=5.415)

一、研究背景

表观遗传学调控可能在介导微生物-宿主相互作用,以及出生后肠道基因表达对细菌定植的适应性中发挥着重要作用,在早产儿的肠道中表现可能更为突出,因为未成熟的小肠对细菌的入侵尤为敏感。在本研究中,我们以早产幼猪为模型,比较了正常(CON) 和口服抗生素处理过的(AB)早产猪的肠道DNA甲基化和微生物菌群的差别,以探究肠道早期微生物的定植如何通过表观机制对早产儿的短期和长期的肠道健康的重要作用。

二、研究方法

1、取材:三头母猪产的14头早产猪的全肠组织

对照组:CON group, n=7

抗生素处理组:AB group, n=7

2、测序:简化基因组甲基化测序(RRBS)

         微生物16S测序

3、验证:高通量BSP:差异甲基化基因

RTq-PCR: 基因表达差异

4、功能:

三、研究结果

1) 抗生素处理减少了肠道细菌密度以及多样性(~100),但提高了对坏死性肠结肠炎(NEC)的抵抗力;

2) 抗生素处理改变了肠道组织DNA甲基化修饰的水平;

3) 与先天免疫应答、吞噬、内皮稳态和组织代谢等相关基因(CPN1C3LBPHIF1AMicroRNA-126PTPRE)DNA甲基化和表达存在显著的差异,而且这种差异早在NEC病变之前就已形成。

四、研究结论

新生的未成熟小肠DNA甲基化的改变受到了肠内细菌定植的影响,这种有赖肠道菌群的表观遗传修饰参与调控肠道免疫、血管完整性和营养代谢,可能对早产儿的短期和长期的肠道健康至关重要。


图1. 菌群在肠道内的定植对DNA甲基化的影响                        图2. 甲基化组和蛋白组网路分析                                                                          图3. 缺氧与血管功能相关基因的表达

 

案例分析二

高温引起的甲基化改变影响花粉败育和花药不成熟

Disrupted Genome Methylation in Response to High Temperature Has Distinct Affects on Microspore Abortion and Anther Indehiscence. Plant Cell. 2018;30(7):1387-1403.(IF=8.228)

一、研究背景

高温胁迫诱导雄性不育,导致作物减产。DNA甲基化调节了一系列与植物发育和应激反应有关的过程,但其在高温下雄性不育中的作用仍不清楚。在这里,研究者通过WGBS研究了高温和常温条件下棉花花药DNA甲基化水平,以探讨高温条件下DNA甲基化在雄性生育中的调节作用。

二、研究方法

1、取材:棉株耐高温株(84021)和高温敏感株(H05)

2、测序:全基因组甲基化测序(WGBS)

         转录组测序(RNA-Seq)

Small RNA测序

3、验证:RTq-PCR: 基因表达

4、功能:

三、研究结果

1) 高温诱导整体DNA甲基化的改变,特别是CHH甲基化;

2) siRNA表达水平变化与DNA甲基化水平显著相关;

3) 抑制DNA甲基化导致高温敏感系花粉不育,但不影响花药壁的正常开裂;

4) 转录组分析表明,在高温下糖和活性氧代谢途径中的基因表达在花药中有显著的调节,表明高温通过破坏DNA甲基化来扰乱糖和活性氧代谢,导致小孢子不育。

四、研究结论

本研究为利用表观遗传技术培育耐高温品种开辟了一条途径。

 

    


图1. 高温胁迫下花药发育过程中的雄性生殖表型和DNA甲基化模式            图2. RdDM参与调节高温下CHH甲基化                                图3. RdDM影响编码基因启动子和下游区域的甲基化修饰

 

                  

图4. 抑制DNA甲基化可以诱导孢子不育,但不影响花药的开裂图             5. 高温诱导的DNA甲基化与糖代谢改变有关图                     6. 抑制DNA甲基化引起花药中过多的活性氧生成



图7. 高温诱导的DNA甲基化改变对内皮细胞的不持久性有轻微影响


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